Εξάλειψη του HIV σε ζωντανά ζώα μέσω της τεχνικής CRISPR/Cas9

Share on FacebookShare on Google+Tweet about this on TwitterShare on LinkedInEmail this to someone

Πηγή: Genetic Engineering & Biotechnology News (http://www.genengnews.com/gen-news-highlights/crispr-eliminates-hiv-in-live-animals/81254287)

Μετάφραση: Μαρία Κατσάρου, τελειόφοιτος Βιολογίας, Ομάδα ενημέρωσης Κέντρου Ζωής Θεσσαλονίκης

Επιμέλεια: Απόστολος Πελτέκης, Ψυχολόγος, Κέντρο Ζωής Θεσσαλονίκης

Η εξάλειψη της λοίμωξης HIV έχει αποδειχθεί, έως σήμερα, ένα εξαιρετικά δύσκολο εγχείρημα, ακριβώς επειδή ο HIV έχει την έμφυτη ικανότητα να «κρύβεται» μέσα σε ανενεργά κύτταρα του ανθρώπινου ανοσοποιητικού συστήματος και να παραμένει έτσι σε λανθάνουσα κατάσταση για μια παρατεταμένη χρονική περίοδο. Τα προσβεβλημένα αυτά κύτταρα, διατηρούν μεν ενσωματωμένο εντός τους το DNA του ιού, επειδή όμως βρίσκονται σε αδρανή κατάσταση (δηλαδή ο HIV δεν αναπαράγεται εντός τους), δεν αναγνωρίζονται από το ανοσοποιητικό μας σύστημα, ούτε βέβαια και αντιμετωπίζονται από τα αντιρετροϊκά φάρμακα. Αυτή η «λανθάνουσα δεξαμενή» του HIV, όπως ονομάζεται, αποτελεί σημαντικό πρόβλημα στην περίπτωση που ένας άνθρωπος με HIV σταματήσει να λαμβάνει αντιρετροϊκή αγωγή, καθώς σταδιακά τα αδρανή προσβεβλημένα κύτταρα ενεργοποιούνται και επιτρέπουν στον ιό να αρχίσει και πάλι να πολλαπλασιάζεται ανεξέλεγκτα.

Ωστόσο, νέα δεδομένα από την ερευνητική εργασία επιστημονικής ομάδας με επικεφαλής ερευνητές από την Ιατρική σχολή Lewis Katz στο Temple University (LKSOM) και από το Pittsburgh University, δείχνουν ότι το DNA του HIV είναι δυνατό να «αποκοπεί» από το γονιδίωμα ζωντανών ζώων και να προληφθεί έτσι η περαιτέρω εξάπλωση του ιού. Επιπλέον, οι εν λόγω ερευνητές είναι οι πρώτοι που επιχείρησαν να εφαρμόσουν το εγχείρημα αυτό σε τρία διαφορετικά ζωικά μοντέλα, συμπεριλαμβανομένου κι ενός «εξανθρωπισμένου» μοντέλου, όπου ανθρώπινα ανοσοκύτταρα μεταμοσχεύθηκαν σε ποντικούς και, στη συνέχεια, μολύνθηκαν με τον HIV-1. Τα ευρήματα της μελέτης αυτής δημοσιεύθηκαν στο Molecular Therapy, ένα από εγκυρότερα και δημοφιλέστερα επιστημονικά περιοδικά μοριακής βιολογίας, σε άρθρο με τίτλο «In Vivo Excision of HIV-1 Provirus by saCas9 and Multiplex Single-Guide RNAs in Animal Models».

Αυτή είναι η πρώτη μελέτη που αποδεικνύει ότι η αναπαραγωγή του HIV-1 μπορεί να ανασταλεί ολοκληρωτικά και ότι ο ιός μπορεί να εξαλειφθεί από τα προσβεβλημένα ζωικά κύτταρα μέσω μιας ισχυρής τεχνολογίας επεξεργασίας γονιδιώματος (gene-editing), γνωστή ως CRISPR/Cas9. Σε προηγούμενή της μελέτη του 2016, η ίδια ερευνητική ομάδα είχε δείξει ότι η εν λόγω τεχνική μπορεί να «διαγράψει» τμήματα του ενσωματωμένου ιικού DNA από τους περισσότερους προσβεβλημένους ιστούς αρουραίων και ποντικιών.

«Η νέα μας μελέτη είναι πιο ολοκληρωμένη», σημειώνει ο συν-επικεφαλής συγγραφέας της έρευνας Wenhui Hu, M.D., Ph.D., αναπληρωτής καθηγητής στο Center for Metabolic Disease Research και το τμήμα Παθολογίας του LKSOM. «Επαληθεύσαμε τα ευρήματα της προηγούμενής μας δουλειάς και βελτιώσαμε την αποτελεσματικότητα της τεχνικής επεξεργασίας γονιδιώματος. Επίσης, δείχνουμε ότι η στρατηγική αυτή είναι αποτελεσματική σε δύο επιπλέον μοντέλα ποντικών, εκ των οποίων το ένα αντιπροσωπεύει οξεία λοίμωξη σε κύτταρα ποντικού και το άλλο χρόνια ή λανθάνουσα λοίμωξη σε ανθρώπινα κύτταρα».

Στη νέα μελέτη, η ομάδα του LKSOM επιβεβαίωσε, καταρχάς, τα προηγούμενα ευρήματά της, καταφέρνοντας να αδρανοποιήσει γενετικά τον HIV-1 σε διαγονιδιακούς ποντικούς κατά περίπου 60% έως 95%. Στη συνέχεια, εξέτασαν την αποτελεσματικότητα της ίδιας τεχνικής σε ποντικούς με οξεία λοίμωξη με τον EcoHIV (ιός ισοδύναμος του ανθρώπινου HIV-1 στους ποντικούς).

«Κατά τη διάρκεια της οξείας λοίμωξης, ο HIV αναπαράγεται ταχύτατα», εξηγεί ο συν-επικεφαλής ερευνητής της μελέτης Kamel Khalili, Ph.D., καθηγητής και πρόεδρος του τμήματος νευροεπιστήμης του LKSOM. Και σε αυτή την περίπτωση, η εφαρμογή της τεχνικής CRISPR/Cas9 κατάφερε να εμποδίσει στους ποντικούς τoν πολλαπλασιασμό του EcoHIV σε ποσοστό έως και 96%. Πρόκειται για τις πρώτες αποδείξεις ότι η συγκεκριμένη τεχνική μπορεί να χρησιμοποιηθεί και ως προφυλακτική θεραπεία, αποτρέποντας τη συστημική εξάπλωση του ιού στα αρχικά στάδια της μόλυνσης.

Στο τρίτο ζωικό μοντέλο, μελετήθηκε η αποτελεσματικότητα της τεχνικής CRISPR/Cas9 σε μια προσομοίωση χρόνιας λοίμωξης με τον HIV-1 σε «εξανθρωπισμένους» ποντικούς, στους οποίους μεταμοσχεύθηκαν ανθρώπινα ανοσοκύτταρα, και προσβλήθηκαν, στη συνέχεια, με τον HIV-1. «Τα ζώα αυτά φέρουν μέσα στο γονιδίωμα των μεταμοσχευμένων ανθρώπινων Τ-λεμφοκυττάρων τον HIV σε λανθάνουσα κατάσταση, χωρίς αυτός να μπορεί να εντοπιστεί» εξηγεί ο Dr. Hu. Προς έκπληξη όλων, ύστερα από μία και μόνο εφαρμογή της CRISPR/Cas9, τα  τμήματα του ιικού DNA αποκόπηκαν με επιτυχία από τα αδρανή αυτά προσβεβλημένα ανθρώπινα κύτταρα που είχαν ενσωματωθεί σε ιστούς και όργανα των ποντικών.

Για να εκτιμηθεί η αποτελεσματικότητα της τεχνικής CRISPR/Cas9, η ομάδα μέτρησε τα επίπεδα του ιικού RNA και χρησιμοποίησε ένα νέο και έξυπνα σχεδιασμένο σύστημα ζωντανής απεικόνισης βιοφωταύγειας. «Το σύστημα απεικόνισης, που αναπτύχθηκε από τον Dr. Won-Bin Young στο Pittsburgh University, εντοπίζει τη θέση στον χώρο και τον χρόνο των προσβεβλημένων με HIV-1 κυττάρων στο σώμα, επιτρέποντάς μας να παρατηρούμε τον πολλαπλασιασμό του HIV-1 σε πραγματικό χρόνο και, ουσιαστικά, να εντοπίζουμε τις δεξαμενές του HIV-1  σε λανθάνοντα μολυσμένα κύτταρα και ιστούς», δήλωσε ο Dr. Khalili.

Οι ερευνητές είναι ενθουσιασμένοι με τα ευρήματά τους και αισιοδοξούν για τα επόμενα βήματά τους. «Το επόμενο στάδιο είναι να επαναλάβουμε τη μελέτη σε πρωτεύοντα θηλαστικά, τα οποία μας παρέχουν ένα καταλληλότερο ζωικό μοντέλο, όπου η λοίμωξη HIV οδηγεί πραγματικά σε νόσο, προκειμένου να αποδειχθεί περαιτέρω η εξάλειψη του ιικού DNA από προσβεβλημένα λανθάνοντα Τ-λεμφοκύτταρα, αλλά και σε άλλες θέσεις όπου καταφεύγει ο HIV-1, όπως τα κύτταρα του εγκεφάλου», καταλήγει ο Dr. Khalili. «Ο τελικός μας στόχος είναι η κλινική δοκιμή σε ανθρώπους – ασθενείς».